發(fā)布時(shí)間： 2021-09-26 瀏覽次數(shù): 作者：邁昂科技
大家知道數(shù)字示波器和頻譜分析儀的分析性能指標(biāo)是相同的嗎？分不清楚數(shù)字示波器和頻譜分析儀區(qū)別的人經(jīng)常開(kāi)玩笑。為了能夠避免尷尬，本篇文章簡(jiǎn)單總結(jié)了以下四點(diǎn)——使用實(shí)時(shí)帶寬、動(dòng)態(tài)范圍、靈敏度和功率測(cè)量精度，相對(duì)比較數(shù)字示波器和頻譜分析儀的分析性能指標(biāo)，以區(qū)分這兩者。
動(dòng)態(tài)范圍指數(shù)因其定義不同而不同。在眾多情況下，動(dòng)態(tài)范圍被描述為儀器測(cè)量的大信號(hào)和小信號(hào)之間的電平差。當(dāng)測(cè)量設(shè)置改變時(shí)，儀器測(cè)量大信號(hào)和小信號(hào)的能力是不同的。比如，當(dāng)頻譜分析儀具有不同的衰減設(shè)置時(shí)，測(cè)量大信號(hào)引起的失真是不同的。接下來(lái)，我們討論儀器同時(shí)測(cè)量大小信號(hào)的能力，即在不改變?nèi)魏螠y(cè)量設(shè)置的情況下，在適當(dāng)?shù)脑O(shè)置下數(shù)字示波器和頻譜分析儀的佳動(dòng)態(tài)范圍。
針對(duì)頻譜分析儀，平均噪聲電平、二階失真和三階失真是限制動(dòng)態(tài)范圍的最重要因素，而沒(méi)有考慮近端噪聲和相位噪聲等雜散。計(jì)算基于主流頻譜分析儀的技術(shù)指標(biāo)。，其理想的動(dòng)態(tài)范圍約為90dB（受二階失真限制）。大多數(shù)數(shù)字示波器都受到AD有效采樣位和本底噪聲的限制。傳統(tǒng)數(shù)字示波器的理想動(dòng)態(tài)范圍通常不超過(guò)50dB。
從動(dòng)態(tài)范圍的角度來(lái)看，頻譜分析儀優(yōu)于數(shù)字示波器。但想要接下來(lái)指出的是，這針對(duì)常見(jiàn)信號(hào)的頻譜分析是正確的。但是數(shù)字示波器的頻譜是同一幀數(shù)據(jù)，頻譜分析儀的頻譜在大多數(shù)情況下不是同一幀數(shù)據(jù)，所以針對(duì)瞬態(tài)信號(hào)，頻譜分析儀可能無(wú)法測(cè)量。數(shù)字示波器發(fā)現(xiàn)瞬態(tài)信號(hào)（當(dāng)信號(hào)滿足動(dòng)態(tài)范圍時(shí)），幾率要大得多。
針對(duì)數(shù)字示波器，帶寬通常是其測(cè)量頻率范圍。頻譜分析儀具有帶寬定義，比如中頻帶寬和分辨率帶寬。接下來(lái)，我們以能夠?qū)π盘?hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)分析的實(shí)時(shí)帶寬作為討論的對(duì)象。
針對(duì)頻譜分析儀，最終模擬中頻的帶寬通?？梢宰鳛槠湫盘?hào)分析的實(shí)時(shí)帶寬。大多數(shù)頻譜分析的實(shí)時(shí)帶寬只有幾MHz，更寬的實(shí)時(shí)帶寬通常為幾十MHz。當(dāng)然，目前帶寬最寬的FSW頻譜分析儀可以達(dá)到500MHz。數(shù)字示波器的實(shí)時(shí)帶寬是實(shí)時(shí)采樣的有效模擬帶寬，一般為幾百M(fèi)Hz，高可達(dá)幾千MHz。
在這里需要指出的是，當(dāng)大多數(shù)數(shù)字示波器具有不同的垂直標(biāo)度設(shè)置時(shí)，它們的實(shí)時(shí)帶寬可能會(huì)不一致。當(dāng)垂直刻度設(shè)置為最靈敏時(shí)，其實(shí)時(shí)帶寬通常會(huì)降低。在實(shí)時(shí)帶寬方面，數(shù)字示波器普遍優(yōu)于頻譜分析儀，尤其有利于一些超寬帶信號(hào)分析，尤其是調(diào)制分析，具有無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)。
靈敏度
這里討論的靈敏度，是指數(shù)字示波器和頻譜分析儀所能測(cè)試到小信號(hào)的水平。這個(gè)指標(biāo)與儀器設(shè)置緊密相關(guān)的。相對(duì)于數(shù)字示波器而言，數(shù)字示波器在Y軸設(shè)置至最靈敏檔時(shí)，通常為1mV/div時(shí)數(shù)字示波器所能測(cè)試到小信號(hào)，拋開(kāi)端口不匹配等因素來(lái)看，數(shù)字示波器的信號(hào)通道產(chǎn)生的噪聲以及軌跡不穩(wěn)定帶來(lái)的噪聲是制約數(shù)字示波器靈敏度的最重要因素。
從這當(dāng)中我們可以看出，因?yàn)椴蓸狱c(diǎn)數(shù)的增加，頻譜噪聲底可以下降到比較理想的程度。但是，當(dāng)在時(shí)域已經(jīng)無(wú)法清晰準(zhǔn)確的再現(xiàn)信號(hào)時(shí)，在頻域就產(chǎn)生了非常多的雜波，這就限制了我們觀測(cè)小信號(hào)的能力。
功率測(cè)量準(zhǔn)確度
相對(duì)于頻域分析而言，功率測(cè)量準(zhǔn)確度是非常重要的技術(shù)指標(biāo)。無(wú)論是數(shù)字示波器還是頻譜分析儀，對(duì)功率測(cè)量準(zhǔn)確度的影響量都是非常多的，下面分別列出其主要的影響量：
相對(duì)于數(shù)字示波器而言，功率測(cè)量準(zhǔn)確度的影響量有：端口不匹配引起的反射、垂直系統(tǒng)誤差、頻率響應(yīng)、AD量化誤差、校準(zhǔn)信號(hào)誤差等。相對(duì)于頻譜分析儀而言，功率測(cè)量準(zhǔn)確度的影響量有：端口不匹配引起的反射、參考電平誤差、衰減器誤差、帶寬轉(zhuǎn)換誤差、頻率響應(yīng)、校準(zhǔn)信號(hào)誤差等。
除此之外，在頻率范圍內(nèi)，數(shù)字示波器的頻率響應(yīng)指標(biāo)也是很好的，4GHz范圍內(nèi)不超過(guò)0.5dB，從這點(diǎn)而言，數(shù)字示波器甚至優(yōu)于頻譜分析儀的性能。
大部分?jǐn)?shù)字示波器與圖一所示一樣，能夠穩(wěn)定測(cè)量0.2mV的信號(hào)，對(duì)應(yīng)到頻域，這相當(dāng)于-60dBm的水平。事實(shí)上，數(shù)字示波器能否準(zhǔn)確的測(cè)量小信號(hào)，不僅與垂直系統(tǒng)的靈敏度有關(guān)，還與X軸的抖動(dòng)、觸發(fā)靈敏度等性能有關(guān)。為了能對(duì)比文中所分析的技術(shù)指標(biāo)，特地到R&S公司成都的開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室(非常感謝成都分部提供的幫助)進(jìn)行了指標(biāo)對(duì)比，令人驚訝的是，RTO數(shù)字示波器在靈敏度指標(biāo)上非常出眾。
從這點(diǎn)而言，RTO能夠讓測(cè)量人員改變“數(shù)字示波器是頻域分析雞肋”的感受。
相對(duì)于頻譜分析儀而言，同樣拋開(kāi)端口不匹配等因素來(lái)討論，頻譜分析儀的在增益大、衰減器設(shè)置小情況下，平均噪聲電平可以看作頻譜分析儀測(cè)量小信號(hào)的極限。在不涉及前置放大器的情況下，大部分性能良好的頻譜分析儀可以達(dá)到-150dBm。
總體來(lái)說(shuō)，數(shù)字示波器與頻譜分析儀在頻域分析性能上各有所長(zhǎng)，頻譜分析儀在靈敏度等技術(shù)指標(biāo)上更勝一籌，數(shù)字示波器在實(shí)時(shí)帶寬上較頻譜分析儀更為出色。在測(cè)量不同類型的信號(hào)時(shí)，可根據(jù)測(cè)試需求和儀器的不同技術(shù)特點(diǎn)進(jìn)行選擇。以上的就是數(shù)字示波器和頻譜分析儀的分析性能指標(biāo)詳細(xì)分析，希望能給大家?guī)椭?/span>
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